【摘要】：衛(wèi)星定軌技術(shù)研究一直都是航天領(lǐng)域的重要課題之一,在導(dǎo)航定位、衛(wèi)星控制等眾多方面具有重要的意義。衛(wèi)星定軌技術(shù)大部分都為光學(xué)、干涉測角和GPS輔助定軌等,而通過地面站直接對衛(wèi)星進(jìn)行無源定軌的方法較為局限,值得進(jìn)一步研究。同時,同步軌道衛(wèi)星距離地球表面較遠(yuǎn),它的運(yùn)動受各種攝動力的影響,定軌精度難以保證。本文就提出了一種基于時差的衛(wèi)星定軌方案,僅需要依靠3個地面站測量的時差數(shù)據(jù)就能確定同步軌道衛(wèi)星初軌,該方案主要通過構(gòu)建衛(wèi)星軌道方程把3站時差的欠定問題補(bǔ)充完整,仿真實驗表明定軌誤差在百米級別。本文研究的內(nèi)容主要包含以下幾點(diǎn):1.研究天體運(yùn)動中常見的時間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng),編程實現(xiàn)了IAU1980標(biāo)準(zhǔn)下的參考系轉(zhuǎn)換過程并驗證其中的轉(zhuǎn)換誤差。研究了由天體動力學(xué)原理推導(dǎo)出的衛(wèi)星六個軌道根數(shù),以此實現(xiàn)了各種不同的衛(wèi)星軌道模型,通過對各種軌道的對比實驗選取了適合衛(wèi)星定軌中使用的衛(wèi)星軌道模型。2.推導(dǎo)出了時差方程關(guān)于衛(wèi)星軌道根數(shù)的CRB界求解公式,并使用CRB界變換引理把該CRB界轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星位置的CRB界。接著通過仿真實驗討論了地面站個數(shù)、衛(wèi)星軌道模型、時差噪聲強(qiáng)度、積累時長和數(shù)據(jù)間隔對衛(wèi)星定軌CRB界的影響,在一定程度上驗證了該方案的可行性。3.推導(dǎo)了牛頓法對時差方程組的求解公式,并改進(jìn)了時差方程組以減小模型誤差對軌道根數(shù)求解結(jié)果的影響,最終提出了一種可實現(xiàn)的衛(wèi)星定軌方案。該方案主要包括初值確定、根數(shù)解算、軌道擬合、參數(shù)更新這四個步驟。通過求解軌道根數(shù)估計值的RMSE驗證牛頓法對它們解算的準(zhǔn)確度,再利用定軌方案對衛(wèi)星不同的軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并修改不同的實驗條件確定了該方案的擬合誤差符合定軌需求。4.針對同步軌道衛(wèi)星在定軌過程中存在的多個問題提出了解決方案:避免了求解軌道半長軸時帶入信息矩陣的奇異性;調(diào)整了搜索對象來消除近圓軌道產(chǎn)生的近地點(diǎn)模糊的問題;使用時間積累提高了方程組方程數(shù);通過對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊時間處理,解決了擬合軌道中可能出現(xiàn)的發(fā)散問題。5.為衛(wèi)星定軌算法編寫了可視化的用戶界面。該界面簡化了用戶的操作,方便快捷地對衛(wèi)星進(jìn)行定軌解算。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V412.41;V52
【圖文】：

近地點(diǎn)幅角（Argument of Perigee）偏近點(diǎn)角（ Eccentric Anomaly ） a ,e確定了軌道橢圓的大小和軌道橢圓的形狀，而 i , 和 是軌道平參數(shù)和軌道橢圓的方向參數(shù)。i是赤道面與軌道平面的交角，當(dāng)它大于從北往南觀察是沿順時針運(yùn)動的， 是從春分點(diǎn)到升交點(diǎn)的交角，從逆時針方向為正方向，這兩個根數(shù)決定了衛(wèi)星軌道平面的方位情況；方向的極角，一般指以衛(wèi)星運(yùn)動方向為正方向，從升交點(diǎn)到近地點(diǎn)的個軌道根數(shù)為衛(wèi)星經(jīng)過近地點(diǎn)的時刻pt ，但它通常是被三種近點(diǎn)角分別為真近點(diǎn)角 （或 f ）、平近點(diǎn)角M 和偏近點(diǎn)角E 。真近點(diǎn)角 星的向徑從近地點(diǎn)起沿軌道運(yùn)動方向掃過的角度，而常用的平近點(diǎn)角 E 都是為了方便描述衛(wèi)星運(yùn)動位置所構(gòu)建的輔助角度，它們可以向相互轉(zhuǎn)換， ( ) sinpM n t t E e E。三種近點(diǎn)角都隨 t 而變化，以它們又被稱為時間根數(shù)。我們后面所采用的衛(wèi)星六個軌道根數(shù)大 , , , , )Te i E，如有其它含義會做出解釋。為了方便理解，圖 2-3 衛(wèi)中標(biāo)注出了各個軌道根數(shù)在實際情況中的具體表示[31]。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的搜索范圍及搜索間隔。（c）模塊包括數(shù)據(jù)操作部分和顯示面板，其中數(shù)據(jù)操作部分主要是用于修改定軌過程中的一些參量，包括時差噪聲，積累時長，擬合數(shù)據(jù)時長，數(shù)據(jù)間隔時長；在顯示面板中羅列出了各個解算參量的值以及地面站的設(shè)置情況，并且在每次操作后都會顯示出該操作的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行結(jié)果，方便用戶判斷當(dāng)前狀況；在顯示面板下方便是操作按鈕，包括站址坐標(biāo)設(shè)置，初值搜索，擬合軌道，數(shù)據(jù)保存。而對于站址坐標(biāo)設(shè)置，會彈出另一個界面進(jìn)行單獨(dú)操作，如圖 4-10所示。

站址坐標(biāo)設(shè)置界面

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本文編號：2770564